新建鐵路牽引試驗及開通初期應注意的若干問題

鮑存眾，馬普仲，王奇鐘

（太原鐵路局　侯馬北機務段，山西侯馬043000）

新建鐵路牽引試驗及開通初期應注意的若干問題

鮑存眾，馬普仲，王奇鐘

（太原鐵路局侯馬北機務段，山西侯馬043000）

通過對新建瓦日鐵路線牽引試驗情況的分析論述，提出了新建鐵路牽引試驗時應充分考慮試驗地段的地理環(huán)境、氣候特點、輪軌磨合情況等因素，在對試驗情況和既有線運用實踐綜合分析的基礎(chǔ)上，制定出開通初期過渡方案，等開通后輪軌磨合一段時間、黏著條件穩(wěn)定后再確定正式牽引方案。

黏著；磨合；冰霜；氣溫；新建線路；牽引試驗；輪軌接觸面

新建鐵路線牽引試驗是比較重要的試驗，是制定運輸方案的重要依據(jù)。新建瓦塘至日照鐵路線（簡稱瓦日線）于2015年1月20日正式開通。此前，分別于2015年1月13日、1月16日，使用H XD2C型電力機車牽引5 000 t貨物列車進行了3次牽引試驗。試驗前，通過牽引計算，結(jié)合既有線運用實踐，試驗人員均認為H XD2C型機車在該線牽引5 000 t是可行的。但試驗結(jié)果與預期結(jié)果大不相同：前2次試驗以失敗告終，最后一次勉強成功。這就需要對瓦日線牽引試驗情況進行認真分析，為新建鐵路牽引試驗、確定開通運營方案提供參考。

2015年1月13日進行的牽引試驗與1月16日第1次試驗的情況及結(jié)果基本相同，本文僅介紹其試驗結(jié)論，重點分析論述1月16日洪洞北至浮山間第2次牽引試驗情況。

1　瓦日線行車設(shè)備主要特點及牽引試驗重點

新建瓦日線西起山西省呂梁市興縣瓦塘鎮(zhèn)，穿越呂梁山、太行山，從河南省臺前縣跨越黃河，橫穿山東省中西部，東至日照港，橫貫晉豫魯三省，全長1 260 km，為世界首條按30 t軸重標準建設(shè)的重載運輸鐵路。

1.1瓦日線列車操縱相關(guān)行車設(shè)備主要特點

瓦日線為雙線電氣化重載鐵路，采用四顯示自動閉塞；分相絕緣采用錨段關(guān)節(jié)式，無電區(qū)長度一般284 m，最長354 m，個別采用器件式（無電區(qū)長度一般90 m）；下行線（重車線）最大上坡道6‰、最大下坡道13‰，上行線（空車線）最大上坡道13‰、最大下坡道6‰；瓦塘至長子南間下行線，共有7個長大下坡道區(qū)間、10個連續(xù)上坡道區(qū)間，其中洪洞北站至浮山站間為牽引困難區(qū)間，區(qū)間內(nèi)連續(xù)上坡道，平均坡度約為5.0‰，最大6‰。

1.2試驗機車主要技術(shù)參數(shù)

試驗機車采用25 t軸重的H XD2C型交流傳動電力機車，整備質(zhì)量150 t；機車總功率≥7 200 k W；最大起動牽引力≥570 k N，持續(xù)牽引力≥400 k N；最大再生制動力≥400 k N；恒功率速度范圍65～120 km/h。

1.3瓦日線牽引試驗重點

根據(jù)瓦日線行車設(shè)備特點和列車操縱實際，確定牽引試驗在洪洞北至長子南間的下行線（重車線）進行，試驗重點：（1）上坡道牽引運行能否滿足運行需要、限制坡道能否順利起車、通過分相絕緣的最低安全速度，試驗區(qū)間：洪洞北站—浮山站；（2）是長大下坡道地段遇有通過信號機顯示停車信號時，按列車《技規(guī)》規(guī)定限速20 km/h運行時能否滿足保證安全，試驗區(qū)間：安澤站—長子南站。

1.4牽引困難區(qū)間牽引質(zhì)量計算

（1）限制坡道起動質(zhì)量牽引計算

瓦日線列車起動限制坡道的線路坡度為6‰、直線（曲線地段換算坡度不大于6‰），H XD2C機車起動牽引質(zhì)量：

式中Fq為軸重，F(xiàn)q=25 t；H XD2C機車起動牽引力，取570 k N；

iq為起動地點加算坡度千分數(shù)，取6；

P 為H XD2C軸重25 t時機車質(zhì)量，取150 t；

λy為機車牽引力使用系數(shù)，取0.9。

（2）牽引困難區(qū)間持續(xù)運行牽引質(zhì)量計算

洪洞北站（K344.683）至浮山站（K386.532）為牽引困難區(qū)間，區(qū)間全長41.849 km，連續(xù)上坡道，兩站間海拔高差208 m，平均坡度為4.97‰，最大6‰；區(qū)間最小曲線半徑600 m（只有一處，線路坡度5‰），其余地段曲線半徑均在800 m以上，大部分在1 200 m及以上，區(qū)間曲線總長17 000 m，占區(qū)間總長的40.6%。綜合考慮區(qū)間線路坡度、曲線半徑、動能闖坡等因素，該區(qū)間平均加算坡度取5.3‰。25 t軸重的H XD2C機車按65 km/h的恒功率速度運行時的牽引質(zhì)量為：

G=102Fjλy-P（ω′+ij）/ω″+ij=4 985.7 t。式中Fj為軸重25 t時H XD2C機車持續(xù)牽引力，取400 k N；iq為加算坡度千分數(shù)，取5.3；ω′為速度65 km/h時的H XD2C機車單位運行阻力（列車牽引計算規(guī)程簡稱：《牽規(guī)》）無H XD2C計算公式，按SS4機車計算，H XD2C機車單位阻力不大于SS4機車），取4.84；ω″為速度65 km/h時滾動軸承貨車單位基本阻力，按《牽規(guī)》計算，取1.76。

說明：目前全鐵路貨物列車的平均技術(shù)速度約為45 km/h，如速度稍低于65 km/h，則G＞5 000 t，完全能夠滿足運行時分要求。

（3）牽引困難區(qū)間牽引質(zhì)量計算結(jié)論

通過以上計算分析可以得出結(jié)論：H XD2C機車在瓦日線牽引困難區(qū)間——洪洞北至浮山間，牽引5 000 t貨物列車是可行的。

2　2015年1月13日牽引試驗概況及簡要結(jié)論

（1）H XD2C機車牽引5 000 t列車在洪洞北站站內(nèi)起車時，在1‰上坡道、長達1 144 m的加速距離內(nèi)僅能加速至30 km/h（正常至少應能加速至45 km/h），且連續(xù)空轉(zhuǎn)，L KJ發(fā)出2次空轉(zhuǎn)報警，列車出站進入5‰的上坡道后即持續(xù)掉速無法維持運行。

（2）單臺H XD2C機車牽引5 000 t列車，在6‰的上坡道無法起動。

（3）列車通過6‰上坡道、無電區(qū)長度284 m的分相絕緣時的安全速度為30 km/h，最低不得低于25 km/h。

（4）單臺 H XD2C機車牽引5 000 t列車，在13‰的連續(xù)下坡道遇通過信號機顯示停車信號，按《技規(guī)》規(guī)定限速20 km/h運行時制動主管充風時間難以保證，可采取“走停走”方式運行到下一通過信號機。

簡要結(jié)論：上坡道牽引運行及限制坡道起車均失敗，應對此重新進行試驗。

3　2015年1月16日第1次牽引試驗概況及簡要分析

2015年1月16日重新進行牽引試驗，試驗區(qū)段：洪洞北站至浮山站間下行線；試驗項目：（1）洪洞北站站內(nèi)起車加速性能；（2）限制坡道起車試驗；（3）區(qū)間連續(xù)上坡道牽引性能試驗。

3.1試驗列車編組情況

H XD2C-7006+牽引試驗車S Y999286（自重61.5 t，換長2.4 m）+SS4-6022（備用）+4 745 t（53輛貨車，計長65.6 t），合計總重4 990.5 t，計長71.0 m。

3.2試驗區(qū)間線路概況

洪洞北至浮山間下行線線路概況：洪洞北站及浮山站站內(nèi)1‰上坡道，區(qū)間連續(xù)上坡道，平均坡度5.0‰，限制坡道6‰上坡道；區(qū)間內(nèi)（K362.995～K383.003）共有隧道9座，全長總計14 241 m。

3.3洪洞北站起車加速性能試驗概況

05：59：31列車在洪洞北站站內(nèi)K344+957處起車（1‰上坡道），出站時加速至32 km/h（加速距離996 m）；列車出站進入5‰的上坡道（K346.749）后，機車空轉(zhuǎn)持續(xù)掉速，K348+746處降至15 km/h。在此期間，調(diào)速手柄6級左右，最大牽引力僅能發(fā)揮至380 k N（H XD2C機車手柄6級時對應牽引力約為440 k N），且連續(xù)空轉(zhuǎn)，無法維持運行，備用機車加載后雙機牽引。

3.4限制坡道起車試驗概況

06：22：19試驗列車停于K354.013處，6‰上坡道，直線，連續(xù)3次起車試驗均因機車空轉(zhuǎn)卸載而失敗，投入備用機車后列車起動。起車期間，機車牽引力瞬間最高發(fā)揮至490 k N。

25 t軸重的H XD2C機車起動牽引力≥570 k N，但起動試驗時最高只能發(fā)揮至490 k N，且無法維持該牽引力，這是列車無法起動的主要原因。

3.5洪洞北至浮山間K354.013至K370.007運行情況

（1）坡道起車后運行情況分析

06：32：39備用機車與試驗機車共同起車后雙機牽引，加速至56 km/h（K356.897）后備用機車解除牽引力，試驗機車單獨牽引時速度持續(xù)降低，K360.566處降至30 km/h。在試驗機車單獨牽引的3 669 m距離內(nèi)機車連續(xù)空轉(zhuǎn)，L KJ距離誤差長達356 m。隨后，列車速度繼續(xù)降低，以23 km/h的速度勉強通過分相絕緣后，至K361.026處合閘時速度僅剩5 km/h，機車加載后L KJ空轉(zhuǎn)報警、機車卸載，無法維持運行，備用機車加載后雙機牽引。

（2）隧道內(nèi)起車及運行情況分析

06：54：25試驗列車停于K364.114處的高家垣隧道內(nèi)，線路概況：5.4‰上坡道，曲線半徑2 500 m。06：56：01試驗機車單獨起動，至K370.972處加速至57 km/h，機車出孔峪隧道172m后，開始空轉(zhuǎn)掉速，K373.533處降至25 km/h，備用機車投入雙機牽引，07：32到達浮山站。

試驗列車在K362～K370.800間的隧道群內(nèi)可以維持運行，K370.800～K374.855間無隧道則空轉(zhuǎn)掉速。兩段線路坡度大致相同，而運行情況大不相同，說明隧道內(nèi)輪軌黏著條件明顯優(yōu)于隧道外。

4　1月16日第2次牽引試驗概況及簡要分析

第1次牽引試驗失敗后，原試驗列車于09：24由浮山站返回洪洞北站。試驗人員分析，檢查發(fā)現(xiàn)：未經(jīng)碾壓的軌面上有一層凝結(jié)的冰霜，致使輪軌黏著系數(shù)大大降低，機車牽引力難以正常發(fā)揮，導致起車后難以加速，上坡道無法維持運行、停車后無法起動。在試驗列車碾壓、且氣溫回升的作用下，鋼軌頂面冰霜明顯減少。在此情況下，試驗領(lǐng)導組決定原列車、原區(qū)段、原線路繼續(xù)進行第2次試驗。

4.1洪洞北站起車加速情況及簡要分析

10：39：56試驗列車在洪洞北站K344.438處開車，出站時加速至45 km/h，K350.920處加速至67 km/h，K352.878處速度65 km/h，達到H XD2C機車恒功率速度。K350.920～K352.878線路平均坡度約為5.5‰的上坡道，在試驗區(qū)間及瓦日線均有代表性。在此期間，機車牽引力最高發(fā)揮至516 k N。

第2次牽引試驗時，站內(nèi)起車及上坡道加速運行的試驗結(jié)果表明：此時，輪軌黏著條件已顯著改善，機車牽引力得到了較好的發(fā)揮。

4.2限制坡道起車試驗概況

10：51：33試驗列車停于K353+644處，6‰上坡道，直線。10：52：30試驗機車單獨起動成功。11：09：33，運行至K360+552處加速至50 km/h，機車斷電通過分相絕緣。在起車及加速過程中，機車牽引力500 k N左右，最高520 k N。

在與第1次線路縱斷面、列車編組等試驗條件相同的情況下，H XD2C機車能夠順利起車。但從起車到加速至50 km/h，用時長達1 023 s，加速距離長達6 908 m，其起動加速性能難以適應實際運行需要。

5　試驗機車牽引力無法正常發(fā)揮的原因分析

1月16日洪洞北至浮山間進行的2次牽引試驗，第1次失敗，第2次勉強成功。其主要原因是輪軌黏著條件差，機車牽引力無法正常發(fā)揮，具體原因有兩個：

（1）試驗當日、當?shù)貧鉁?9～8℃，晴轉(zhuǎn)多云，晝夜溫差達17℃。洪洞北站及其相鄰的20 km左右范圍內(nèi)地處盆地，瀕臨汾河，空氣濕度大。氣溫高時水蒸氣彌漫于空氣中，遇冷凝結(jié)為水附著在鋼軌上，當氣溫降至冰點以下時，軌面必然會結(jié)成薄冰。新建線路輪軌尚未磨合，鋼軌表面粗糙、銹跡斑斑，極易吸附水蒸氣，遇冷更易凝霜結(jié)冰。如圖1（a）所示，當日10：00鋼軌上的薄冰尚且清晰可辨。在如此軌面上，機車牽引力必然難以發(fā)揮。

經(jīng)過試驗列車碾壓、摩擦后，輪軌接觸部分冰霜幾乎消失，未接觸部分仍清晰可見，如圖1（b）所示，但此時輪軌黏著關(guān)系已大大改善。

第1次試驗時，列車在K362～K370.800隧道群內(nèi)可以維持運行，但在無隧道的曠野地段運行時即空轉(zhuǎn)掉速，說明曠野地段受濕冷空氣影響輪軌黏著條件差，而這正是機車牽引力難以正常發(fā)揮的主要原因。

那么，同一地區(qū)的既有線（南同蒲線）為什么就沒有或者說很少受此因素的影響呢？其原因有兩個：（1）既有線經(jīng)常通過列車，鋼軌上的水蒸氣通過車輪反復碾壓、摩擦發(fā)熱，大部分被帶走了；（2）輪軌經(jīng)過反復摩擦，鋼軌頂面光潔度高，水蒸汽不便附著其上。

（2）瓦日線為新線，輪軌尚未磨合，輪軌接觸面較既有線小得多。機車撒沙并碾壓后，測量輪軌接觸面，其橫向?qū)挾燃s為5 m m，如圖1（c）所示，中間發(fā)白、發(fā)亮部分。既有線輪軌接觸面橫向?qū)挾仍?0 m m以上。輪軌接觸面小，其黏著力必然減小。

圖1　鋼軌頂面狀態(tài)圖片

6　結(jié) 論

1月16日進行的2次牽引試驗及既有線牽引實踐證明：正常情況下，H XD2C型機車牽引5 000 t貨物列車在瓦日線連續(xù)上坡道區(qū)間牽引運行是可行的，但在目前、在冬季的凌晨至上午時段和天氣不良時，應加掛補機。

1月20日瓦日線正式開通4對5 000 t貨物列車，開通初期規(guī)定：每日04：00～06：28及遇有雨雪等不良天氣時，列車通過洪洞北—長子南間牽引困難區(qū)段時，由2臺H XD2C機車牽引，11：42～19：53，通過該區(qū)段的列車單機牽引。開通2個多月以來，機車牽引性能發(fā)揮、區(qū)間運行時分等均能滿足運輸需要，說明該牽引方案可行。通過瓦日線牽引試驗及開通初期的牽引運行實踐，得到如下啟示：

（1）新建鐵路線進行牽引試驗時須考慮下列因素：一是新建線路輪軌尚未磨合、輪軌接觸面及黏著力遠小于既有線；二是新建線路鋼軌表面粗糙，水蒸氣容易附著其上，會使輪軌黏著系數(shù)下降，如晝夜溫差大、夜間氣溫降到冰點以下結(jié)成薄冰后，黏著系數(shù)則會急劇下降；三是進行牽引試驗時除考慮線路縱斷面的代表性外，還需考慮試驗時間段、試驗地點的地理環(huán)境、氣候特點等因素，這樣才能得出綜合性的、符合實際的結(jié)論。

（2）確定新建線路的牽引定數(shù)、運行時分等數(shù)據(jù)時，應對牽引試驗結(jié)論及新線線路特點、機車性能等因素進行綜合分析，制定出安全、可靠的過渡實施方案。等開通后輪軌磨合一段時間，輪軌黏著條件穩(wěn)定后再確定正式牽引方案。

［1］ 孫中央.列車牽引計算規(guī)程實用教程［M］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［2］ 鐵道部.列車牽引計算規(guī)程［S］.北京：中國鐵道出版社，1999.

Problems of Traction Test and The Beginning of New Railway

B A O Cunzhong，M A P uzhong，W A N G Qizhong
（H ou mabei North Loco m otive Depot，Taiyuan Railway Bureau，H ou ma 043000 Shanxi，China）

After the analysis of W atang-Rizhao rai lway traction test situations，it＇s proposed thatthe geography situation，cl imatic condition，and wheel rai linteraction should be considered during the traction test of a new rai lway.Based on the analysis of test situation，a temporary scheme is proposed，and after wheel rai l running-in and stable adherence situation，the formal traction scheme wi ll be determined.

adherence；running-in；frost；tem perature；new railway；traction test；the w heel-rail contact surface

U260.14+1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.26

1008-7842（2015）05-0109-04

鮑存眾（1965—）男，高級工程師（2015-04-10）